Расходы по эксплуатации систем теплоснабжения в значительной степени покрываются за счет дотаций государства

к.т.н. AT. Аничхин, член бюро секции «Теплоснабжениие, отопление, вентиляция», Российского НТО строителей

«Система ЗТ» - универсальная система теплоснабжения жилых и общественных зданий

Системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения являются определяющими в характеристике благоустройства современных жилых и общественно-административных зданий. До 1990-х годов, когда расходы по эксплуатации систем теплоснабжения в значительной степени покрывались за счет дотаций государства, потребителей практически не интересовало устройство этих систем и способы доставки и учета тепла, тем более что занимаемые ими площади (особенно жилые) предоставлялись бесплатно.

В этих условиях в строительную практику стали внедряться централизованные системы теплоснабжения, включающие системы отопления с вертикальными или горизонтальными стояками, соединяющими нагревательные приборы, размещенные у различных потребителей; самостоятельные системы теплоснабжения воздухонагревателей вентиляционных установок; разводящие (подающий и циркуляционный) трубопроводы горячего водоснабжения, а также трубопровод холодного водоснабжения (1).

Независимо от схем присоединения систем отопления, теплоснабжения воздухонагревателей и горячего водоснабжения, подсоединение этих систем к центральной системе теплоснабжения осуществлялось в центральных или индивидуальных тепловых пунктах (ЦТП или ИТП). Эти пункты размещались либо непосредственно в обслуживаемом здании (ИТП), либо в отдельно стоящих сооружениях (ЦТП).

В ЦТП или ИТП проводился интегральный учет расхода теплоносителя, поступающего на обслуживаемый объект из тепловой сети, и воды - из магистрального трубопровода холодного водоснабжения. При этом для транспортировки теплоносителя (горячей воды) от тепловых пунктов, а также холодной воды к каждому потребителю использовалось 7 трубопроводов: 2 трубопровода - отопление, 2 - горячее водоснабжение, 2 - системы теплоснабжения воздухонагревателей, обслуживающих приточные вентиляционные системы потребителя, и 1 трубопровод холодного водоснабжения.

В начале 90-х годов в РФ появилась частная собственность, что значительно повлияло на принятие архитектурно-планировочных и строительных решений, а также на требования к указанным выше инженерно-техническим решениям систем.

Так, частная собственность на отдельные строительные площади обусловила необходимость производить измерение потребляемой каждым потребителем теплоты, горячей и холодной воды для коммерческих расчетов. Кроме того, как жилые, так и административно-общественные здания стали строить многофункциональными: в подземных и первых этажах размещают гаражи-автостоянки, помещения на последующих этажах предназначаются для прямого функционального назначения. В жилых зданиях жилые помещения и гаражи отделяются друг от друга офисами.

Такое расположение в здании помещений различного функционального назначения в сочетании с их возможной принадлежностью различным собственникам обусловливает необходимость соответствующего увеличения разводящих трубопроводов систем отопления, теплоснабжения вентиляционных воздухонагревателей и систем горячего и холодного водоснабжения. Это определяет потребность в сооружении технических этажей и их значительную заполненность разводящими трубопроводами (до 21 и более трубопроводов).

Перечисленные выше требования к инженерным системам определили и естественную трансформацию ранее используемых традиционных технических решений.

Так получила распространение схема, по которой системы отопления в пределах каждого потребителя выполняются горизонтальными с установкой индивидуальных тепловых счетчиков, системы горячего и холодного водоснабжения каждого потребителя оборудуются соответствующими водомерами (2).

Частная собственность на недвижимость предопределила и разнообразие требований к отделке помещений, планировке, к количеству санузлов и их оснащению, качеству обогрева отдельных помещений, поддержанию заданных параметров в рабочей зоне, к обогреву полов в прихожих, кухнях, санитарных узлах и т.п., к регулированию температур в различных комнатах, системам проветривания.

Несмотря на осуществляемое приспособление инженерных систем к возможным требованиям потребителей, в большинстве случаев создаваемым в настоящее время инженерным схемам свойственны следующие недостатки:

1. Большое количество разводящих трубопроводов, а следовательно, высокая металлоемкость систем.

2. Повышенная потребность в расходомерах и тепловых счетчиках.

3. Некорректное взимание платы за горячую воду. Оплачивается измеренное количество потребленной воды из трубопровода горячего водоснабжения (за 1 куб. м) без учета ее фактической температуры. Это неправильно, так как плата за горячую воду должна складываться из стоимости потребленной холодной воды и количества теплоты, затраченной на подогрев ее до требуемой температуры.

Кроме того, используемый метод определения стоимости потребленной горячей воды не позволяет правильно оценить стоимость теплоты, идущей на подогрев циркуляционной воды.

4. Сложившаяся система теплоснабжения не позволяет осуществить обогрев полов, что содействует распространению практики самовольного присоединения таких систем к циркуляционному трубопроводу горячего водоснабжения. В этом случае теплота, идущая на обогрев пола, потребителем не учитывается и не оплачивается.

5. Оборудование в квартирах жилых домов с разветвленной системой трубопроводов горячего водоснабжения несколькими санитарными узлами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга, приводит к значительному увеличению замеряемого расхода горячей воды, что обусловлено отсутствием ее циркуляции в потребительской системе.

6. Самостоятельная установка потребителем нагревательных приборов вызывает опасность их разрыва от повышенного гидравлического давления или неоправданное использование нагревательных приборов большей металлоемкости. Это особенно опасно при строительстве зданий повышенной этажности.

7. Поскольку плата взимается за потребленную теплоту и воду, то потребитель вправе требовать, чтобы данные системы работали круглый год, и можно было бы осуществить обогрев помещений даже в прохладные осенние дни, не дожидаясь начала отопительного сезона.

8. Использование окон повышенной герметичности постепенно ставит на повестку дня проблему механического проветривания помещений обитания. В многоквартирных жилых зданиях и в общественно-административных зданиях с большим количеством арендаторов для этого потребуется оборудование каждого из помещений системой приточной вентиляции и соответственно системой теплоснабжения воздухонагревателей.

Рис 1. Принципиальная схема отопления, вентиляции и горячего водоснабжения здания "Система ЗТ"
1- нагревательный прибор, 2,3,4,5,6 - разводящие трубопроводы систем отопления горячего, циркуляционного, холодного водоснабжения,теплоснабжения водонагревателей у каждого потребителя, 7 - потребитель ГВС, 8 - воздухонагреватель, 9- разводящие трубопроводы системы теплого пола,10 - змеевик теплого пола, 11 - термотрансформатор, 12,13,14 - падающий и обратный трубопроводы теплоснабжения и холодного водоснабжения,15 - общий водомер холодной воды, 16 - общие тепломеры системы теплоснабжения здания

Для удовлетворения этих требований инженерные системы при сохранении сложившихся технических решений значительно усложняются. Увеличивается количество трубопроводов, счетчиков теплоты и т.п.

Приспособленческое использование традиционных приемов отопления, вентиляции и горячего водоснабжения приводит к значительным усложнениям этих систем, загромождению здания, однако, несмотря на все это, не в состоянии привести к полному удовлетворению запросов потребителей. Необходимо отказаться от ранее сложившихся технических решений и осуществить принципиально новый подход к решению выявленных проблем.

Учитывая все изложенное, автором (3) предложена к внедрению новая система отопления, вентиляции, горячего водоснабжения. Новизна технического решения заключается в том, что, независимо от наличия в здании теплового пункта, к каждому потребителю-арендатору подводится только три трубопровода: подающий и обратный трубопроводы теплоснабжения и трубопровод холодного водоснабжения, а на вводе у каждого потребителя-арендатора монтируется термотрансформатор (ТТ) (рис, 1). Для краткости в дальнейшем данную систему будем называть «Система ЗТ».

Рассмотрим более подробно технические и конструктивные особенности этой системы.

Основным элементом «Системы ЗТ», как уже указывалось, является термотрансформатор (ТТ),

ТТ представляет собой шкаф с возможными максимальными габаритными размерами 600x600x1 200h, выполненный либо в строительном исполнении, либо в виде металлического шкафа. Данные шкафы могут размещаться как на полезной площади потребителей-арендаторов, так и на общей коммуникационной площади здания, например, в лифтовом холле или на лестничной площадке.

По мнению автора, предпочтение следует отдавать ТТ, выполненным в заводских условиях в виде металлических шкафов, и размещать их на этажном лифтовом холле. Это исключает необходимость проникновения на площадь потребителей-арендаторов при возникновении различных экстремальных случаев (залив и т.п.) в период эксплуатации.

Именно на ТТ возлагаются функции измерения количества потребленной теплоты и холодной воды, а также приготовления, транспортировки и регулирования требуемых расходов теплоносителя с необходимыми температурными параметрами для определенных целевых нужд.

Поэтому, независимо от конкретного комплекса решаемых технических задач, все ТТ обязательно должны быть оборудованы тепломерами и счетчиком холодной воды, регистрирующими расход теплоты и воды, потребляемой потребителем-арендатором, а также различной запорно-регулирующей арматурой. Кроме того, все ТТ должны оснащаться теплообменниками для подогрева циркуляционной воды и приготовления горячей воды. Следует заметить, что ТТ могут применяться совместно с баками-аккумуляторами горячей воды, В этом случае баки-аккумуляторы желательно располагать непосредственно на площади потребителя. При данном использовании баков-аккумуляторов, помимо обычных известных достоинств, баки позволяют уменьшить габариты ТТ, а также эффективно использовать их для приготовления горячей воды в период ремонта систем теплоснабжения.

Таблица 1. Классификация термотрансформаторов (ТТ)

Желая максимально использовать температурный потенциал теплофикационного теплоносителя, теплообменник подогрева циркуляционной воды горячего водоснабжения подсоединяют к системе теплоснабжения предвключенно систем отопления. Подогрев циркуляционной воды в этом теплообменнике осуществляют по датчику температуры воды, настроенном на 55-60°С. Подогрев холодной воды для целей горячего водоснабжения осуществляют в основном теплообменнике до температуры 50-55°С теплоносителем, приготовляемым смешиванием подающего и обратного теплоносителя. Расчетная температура теплоносителя на выходе из основного теплообменника может быть принята 15-20°С.

Подсоединение систем отопления к трубопроводам теплоснабжения в ТТ может быть осуществлено следующими способами:

1. непосредственно через запорную, регулирующую арматуру (открытая система);

2. при помощи смесительного циркуляционного насоса;

3. через индивидуальное, циркуляционное, отопительное кольцо с теплообменником, подсоединенным к подающему обратному трубопроводам системы теплоснабжения (закрыта система).

Рис. 2, Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками для ГВС, отопления, обогрева полов и вентиляции (со смесительными насосами)
1 - тр-д холодного водоснабжения, 2 - подающий тр-д теплоснабжения, 3 - обратный тр-д теплоснабжения, 4 - запорный шаровой кран, 5 - угловой фильтр, 6 - регуляторы перепада давления, 7 - регулятор давления, 8 - водомер, 9 - тепломеры, 10 - мерительные участки, 11 - счетчик теплоты, 12 - расширительный бак ГВС, 13 - расширительный бак воздухонагревателя, 14 - расширительный бак ГВС, 15 - расширительный бак напольного обогрева, 16 - электрорегулируемая заслонка, 17-обратный клапан, 18 - перепускной клапан, 19 - центробежный насос, 20 - датчик температуры, 21 - теплообменник отопления, 22 - теплообменник вентиляции, 23 - теплообменник ГВС, 24 - теплообменник ГВС циркуляционный, 25 - теплообменник обогрева полов, 26 - трехходовой клапан с эл. приводом

Как указывалось выше, последнее время потребители самостоятельно устраивают обогрев полов с нарушением технических норм. Для устройства таких систем необходим теплоноситель постоянной температуры 50-60°С, и, так как осуществить обогрев полов от отопительной системы не представляется возможным, их несанкционирован подсоединяют к циркуляционной линии горячего водоснабжения. При таком присоединении в настоящее время потребитель не оплачивает теплоту, идущую на обогрев пола.

В связи с этим предусматриваются мероприятия, обеспечивающие возможность присоединения систем обогрева полов к трубопроводам теплоснабжения. Для этого, в зависимости от рабочих параметров теплоносителя, ТТ снабжаются смесительным циркуляционным насосом, присоединенным к подающему и обратному трубопроводам либо непосредственно через запорную, регулирующую арматуру, либо через теплообменник.

Рис 3. Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками для ГВС, отопления и вентиляции (со смесительными насосами) (обозначения см. рис. 2)

В тех случаях, когда у потребителей возникает необходимость устройства приточно-вытяжной вентиляции, например в офисах, магазинах и т.п., а также в жилых квартирах, ТТ должны оборудоваться присоединительными элементами систем теплоснабжения воздухонагревателей приточных вентиляционных систем.

Присоединение этих систем может выполняться:

- непосредственно через запорную, регулирующую арматуру;

- через смесительный, циркуляционный насос;

- через теплообменник со смесительным насосом на стороне воздухонагревателя. Для большей наглядности полная классификация возможных вариантов выполнения ТТ приведена в таблице 1.

Приведенная номенклатура ТТ еще подразделяется по тепловой мощности отдельных обслуживаемых им систем.

Рис 4. Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками для ГВС, отопления и обогрева полов (со смесительными насосами)
(обозначения см. рис, 2)

Из анализа табл. 1 явствует, что в ней представлены не все возможные варианты исполнения ТТ. Так, не рассмотрены ТТ, предназначенные исключительно либо для ГВС, либо для отопления, либо для вентиляции, а такое конструктивное решение может потребоваться при проектировании систем инженерного оборудования в офисах, магазинах и т.д. Кроме того, в таблице не проведено разделение ТТ по вариантам исполнения систем приготовления горячей воды: с баком-аккумулятором и без бака-аккумулятора, что практически удваивает количество принципиальных схем исполнения ТТ.

Рис. 5. Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками ГВС и отопления (со смесительными насосами) (обозначения см. рис. 2)

При промышленном изготовлении проектирование систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения практически сводится к подводке к каждому потребителю трех трубопроводов, а выбор вида ТТ и оснащение его автоматизированным сервисом осуществляется самим потребителем в зависимости от финансовых возможностей и наличия дополнительных специальных знаний.

Исходя из области применения, выбирают ТТ либо для закрытых, либо для открытых систем. Учитывая универсальность рекомендаций и требование полного исключения аварийных ситуации при эксплуатации, следует использовать преимущественно ТТ для закрытых систем - с теплообменниками. Но эти ТТ- наиболее дорогие.

Рис. 6. Термотрансформаторы с теплообменниками для ГВСи без теплообменников для отопления, обогрева полов и вентиляции (со смесительными насосами) (обозначения см. рис. 2)

Использование баков-аккумуляторов, к тому же оборудованных электронагревателем, позволит уменьшить габариты теплообменника ГВС в ТТ и одновременно обеспечить некоторую независимость ГВС от перебоев в снабжении теплотой в периоды ремонта тепловых сетей.
В соответствии с приведенной в табл. 1 классификацией ТТ, на рисунках представлены принципиальные схемы ТТ.

Рис. 7. Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками для ГВС и без теплообменников для отопления и вентиляции (со смесительными насосами) (обозначения см. рис. 2)

Так, схемы на рис. 2-5 относятся к так называемым закрытым системам, когда системы потребителя и системы теплоснабжения связаны между собой через теплообменники. Это обстоятельство позволяет в значительной степени изолировать потребительские системы от отрицательного влияния внешних подводящих систем. Так, в данном случае, оборудование потребителя может находиться под избыточным давлением более низким, чем давление в подводящих трубопроводах, и не зависеть от гидростатического давления, определяемого высотой здания. Потребителем может использоваться менее металлоемкое оборудование. Температурный режим у каждого потребителя может обеспечиваться в индивидуальном автоматическом режиме.

Смесительный насосный узел обеспечивает регулирование по температуре непосредственно у потребителя, обеспечивая, тем самым, максимальное использование температурного потенциала теплоносителя. Температура теплоносителя после прохождения теплообменника регулируется расходом первичного теплоносителя и корректируется по температуре наружного воздуха. Регулирование температуры горячей воды осуществляется во всех без исключения ТТ по алгоритму, описанному ранее, и обязательно при помощи теплообменников.

Рис. 8. Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками для ГВС и без теплообменников для отопления и обогрева полов (со смесительными насосами) (обозначения см. рис. 2)

Системы обогрева полов работают, как правило, в режиме постоянных температур теплоносителя, чтобы пол имел одну и туже комфортную температуру во все периоды года. Это может быть достигнуто при помощи смесительного насосного узла с теплообменником. Однако когда не предъявляются высокие требования к системе обогрева полов, то допустимо не использовать теплообменник.

Для ТТ, приведенных на рис. 6-9, характерно непосредственное присоединение к системе теплоснабжения через смесительные насосные узлы - открытая схема. Параметры поддерживаются регулированием температуры теплоносителя методом смешения подающей и обратной воды в требуемых соотношениях.

На рис. 10-13 изображены схемы ТТ, непосредственно присоединяемых к системам теплоснабжения без смесительных насосов (тоже открытая система). Данные этих ТТ, в отличие от ТТ со смесительными насосами, обладают более низкими регулирующими свойствами, так как у потребителя изменяются расходы теплоносителя в местных системах, и происходит более инерционное регулирование температуры теплоносителя, поступающего по системе теплоснабжения.

Все ТТ без теплообменников наиболее просты и могут использоваться в зданиях высотой не выше 10-12 этажей.

В зданиях большей этажности ТТ без теплообменников могут применяться на верхних этажах, а на нижних этажах использоваться ТТ с теплообменниками.

Промышленность выпускает теплообменники с допустимым рабочим давлением до 40 атм., а следовательно, «Система ЗТ» может найти применение и в зданиях повышенной этажности.

Рис. 9 Принципиальная схема термотрансформатора с теплообменниками для ГВС и без теплообменников для отопления (со смесительными насосами) (обозначения см. рис. 2)

Подводя итоги, можно констатировать, что разработанная авторами «Система ЗТ» позволяет:

- значительно упростить разводку трубопроводов инженерных систем по зданию;

- обеспечить точную регистрацию теплоты и воды, используемой потребителем, при помощи одного тепломера и одного водомера;

- исключить влияние гидравлического и теплового режимов внешней сети на местные сети;

- использовать любое теплотехническое оборудование с целью создания максимально комфортной среды для потребителя;

- исключить перебои в снабжении горячей водой во время сезонных ремонтных работ;

- исключить отключение всех потребителей от инженерных систем, в случае аварии у одного из них, при размещении ТТ на этажных лестничных площадках;

- обеспечить точную регистрацию тепла и воды, используемой потребителем, при помощи одного тепломера и одного водомера;

производить ремонт и регулировку местных систем потребителей без проникновения на площади, занимаемые потребителем;

- осуществлять автоматический контроль и регулирование параметров в обслуживаемом помещении в любое время суток;

- использовать отпускаемую теплоту для поддержания температуры в помещении в переходные периоды или по мере необходимости на законном основании;

- избежать зонирования систем отопления, теплоснабжения воздухонагревателей и обогрева полов в зданиях повышенной этажности (высотных зданиях);

- значительно облегчить монтажные работы при заводском изготовлении ТТ;

- упростить и облегчить организацию монтажа инженерных систем потребителем;

- обеспечить каждому потребителю желаемую степень комфортности проживания.

Журнал "СЕВЕР строительный" № 10 2006 г.

Еще статьи на тему "систем":

Вихревой теплогенератор для систем теплоснабжения

Рыбопереработке - совершенство современных инженерных систем!

Плановая проверка систем оповещения в Мурманске

«Устройство инженерных сетей и систем: безопасность строительства и качество устройства инженерных систем и сетей» БС-05

О готовности систем экстренного реагирования Мурманской области

Комплексная модернизация систем отопления в Сибири

Развитие систем коммунальной инфраструктуры Мурманской области